PCB設計生產(chǎn)易發(fā)生的22個錯誤總結，秒懂！
2023/8/28 19:06:34
管理員
1765
PCB入門必備
2023/8/28 19:06:34
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PCB設計生產(chǎn)易發(fā)生的22個錯誤總結，秒懂！
之后我會在這里和大家分享 DFM可制造性分析、PCB設計、DFM工具，電路設計等相關的知識，請大家多多指教。
今天給大家分享的是在生產(chǎn)制造前可以避免的 22 種 PCB設計錯誤。
身為工程師應該都有過這樣的經(jīng)歷吧，辛苦完成項目板子如釋重負，送去打樣，樣品出來，一夜回到解放前。
板子具體的問題，有的是設計的問題，有的是生產(chǎn)制造的問題。當然有很多問題都可以在生產(chǎn)制造前給避免掉。
這里介紹在PCB生產(chǎn)制造前可以避免的22個PCB設計錯誤，幫你構建高效制造且無缺陷的PCB。
這里主要分為 2 個部分：
1、PCB 可制造性設計
2、面向裝配的PCB設計
PCB 可制造性設計
可制造性設計 (DFM) 是一套用于識別電路板中可能存在的錯誤的指南。在設計階段糾正這些問題可以使電路板生產(chǎn)更有效率，并避免生產(chǎn)過程中的任何延誤。通常，每個制造商都有一個他們自己的獨特的 DFM 清單。
一、不完整和無效的設計文件
無論是 Gerber 還是 ODB++亦或者是BOM文件，輸入文件都包含重要信息，例如層圖像、物料清單、電路板輪廓、IPC 網(wǎng)表、主圖紙和層順序。
規(guī)范中的任何混淆都可能在后期階段產(chǎn)生問題。因此，在提交生產(chǎn)之前檢查所有強制性文件。下面列舉了一個DFM 工具所要求的 Gerber 文件和 BOM 文件的格式。
設計文件格式
設計文件格式
二、基材材料不當
一些電路根據(jù)其功能需要特殊材料。例如，典型的基板不能很好地處理高頻信號。這里就需要制造商討論材料要求，并在初始階段選擇合適的 PCB 基板材料。
PCB制造材料
三、走線寬度不當
銅跡線連接電路中的所有組件。跡線中的任何缺陷都可能導致短路、信號失真和散熱。導體（跡線）的載流能力隨其寬度的增加而增加。
如果更高的電流流過線路，則散發(fā)的熱量會更多，從而導致電路板過熱。因此，根據(jù)你的電路要求優(yōu)化導體寬度，并確保外層走線寬度保持在 4 mil 以上。
你可以使用在線工具進行優(yōu)化走線寬度、電流容量和溫升。
走線寬度
四、走線間距不當
確保不要為了使電路布局更緊湊而犧牲導體間距，走線間距太小會導致閃絡和串擾。
你應該遵循標準指南并在導體之間提供足夠的間隙，與走線寬度一樣，你可以使用導體間距和電壓計算器計算導體之間的最佳間距。
走線間距
五、酸性陷阱
在走線布線過程中，如果任何一條線形成銳角（低于 90°），就會形成酸阱。在蝕刻過程中，殘留的酸會被困在彎曲區(qū)域，這會導致走線的過度蝕刻。
如下圖所示，通過在布線時防止銳角彎曲來避免酸陷阱。
酸陷阱形成
六、跡線或者鉆孔到邊緣的間距不足
你應該在電路布局中保持邊緣和走線之間的最佳間距。如果你因為一些原因減少空間，那么在去金屬化過程中，外部導體可能會被部分剃掉或者切割。
銅和電路板邊緣之間的間距不足會導致銅裸露和邊緣出現(xiàn)毛刺。
鉆孔到邊緣的距離
七、鉆孔過程錯誤
在印刷電路板中，制造商會為各種目的鉆孔，例如過孔、對齊、元件放置等。鉆孔是一個不可逆的過程，任何不需要的鉆孔都可能讓你的設計功虧一簣。
其他需要考慮的因素是尺寸、間距、縱橫比、板上的孔數(shù)和機器類型（激光/機械）。
影響鉆孔的常見錯誤是孔環(huán)和鉆孔到銅的距離不足。
鉆孔規(guī)范
八、環(huán)形圈的缺陷
環(huán)形環(huán)將通孔連接到跡線，如果環(huán)形圈的直徑不足，它將斷開導體和過孔之間的信號流。
完成的鉆孔可能有 ±2 密耳的公差，因此當小于 2 密耳時，環(huán)形圈可能會出現(xiàn)破裂。這會導致開路。
除此之外，元件孔的環(huán)形圈不足會導致組裝后焊點不良。
環(huán)形環(huán)放置
九、阻焊層錯誤
PCB 上的阻焊層可保護表面免受污染并隔離連接。制造商在焊接過程中揭露放置元件的區(qū)域（足跡和焊盤）。
如果通孔掩模開口與相鄰元件開口之間沒有適當?shù)拈g隙，則可能會在組裝過程中形成焊橋，這會導致焊點不良且效率低下。
因此，必須在通孔開口和相鄰元件開口之間保持所需的阻焊層。
焊橋的 CAM 快照
另一方面，不適當?shù)淖韬笇訒е滦纬珊缚?，暴露的銅容易受到腐蝕。
十、銅和阻焊條
銅條是在印刷階段形成的松散結合的薄殘留銅段，在電鍍過程中，這些松散連接的細長條會脫落并落入電鍍液中。
這些光刻膠碎片可以共同沉積在電路板上的任何地方，從而導致短路。與此同時，去除光刻膠的區(qū)域會導致電路板上出現(xiàn)不需要的銅，這可能會影響電路板的功能。
銅條風險
阻焊層的成像過程中會形成阻焊條，在阻焊層處保留阻焊層以避免焊料橋接。
當水壩小于 4 密爾時，這些松散結合的水壩有可能變成條子并在開發(fā)階段被沖走。
阻焊層條風險
十二、散熱器
焊接過程會產(chǎn)生過多的熱量，可能會損壞電路板。為避免這種情況，你必須提供足夠的散熱襯墊。
導熱墊由稱為“熱量”的小銅輻條組成，以幫助導熱。
如果這些熱量與焊盤或平面斷開連接，則它們被稱為饑餓熱量。這些熱量不足會導致導熱性差并使電路板過熱。
斷開的熱量
十三、絲網(wǎng)印刷錯誤
絲網(wǎng)印刷是在制造過程的后期進行的。印刷時，如果絲印重疊在焊盤、PCB 表面、孔等處，可能會在組裝過程中產(chǎn)生問題。
例如，如果絲網(wǎng)印刷在焊盤上，它會熔化到焊點中并產(chǎn)生不連續(xù)性。
面向裝配的 PCB 設計
裝配設計 (DFA) 過程縮小了設計師的愿景與生產(chǎn)過程的現(xiàn)實之間的差距。
你需要檢查組件可用性和位置，了解DFA可以幫你簡化 PCB布局以降低項目的總體成本并降低設計失敗的概率
以下是 PCB 設計中一些最常見的 DFA 錯誤：
十四、數(shù)據(jù)效率低下
與 DFM 類似，你應該在設計進入裝配過程之前驗證所有基本數(shù)據(jù)表驗證關鍵參數(shù)，如封裝尺寸、XY 數(shù)據(jù)、DNI 規(guī)格、SI 數(shù)據(jù)、零件編號等。這樣的話，可以避免之后的更正和確認。
驗證關鍵參數(shù)
十五、選擇錯誤的組件
零件的選擇會影響裝配過程。例如，與表面貼裝技術 (SMT)相比，通孔元件需要復雜的制造工藝。因此，最好只在需要時使用它們。
始終選擇標準組件而不是自定義組件，因為標準元素很容易從多個供應商處獲得。由于你只能從選定的供應商處采購定制零件，因此它們通常不適合大批量生產(chǎn)，而且還會增加成本。
提供不同類型的組件
十六、組件可用性
在構建物料清單 (BOM) 之前，應該始終確認部件的可用性。如果供應短缺，你應該準備好使用來自不同供應商的替代組件。目前市面上也有很多BOM物料查詢的網(wǎng)站，如下圖，會提供物料，以及缺貨等提示。
圖片來源于findIC
十七、物件封裝不正確
BOM 指定組裝電路板所需的所有組件。如果 BOM 中指定的組件尺寸與CAD封裝數(shù)據(jù)不匹配，則將很難完成電路。這將對自動化裝配線造成重大困難。
糾正這種情況將很費時，也會增加成本。因此，請在設計階段仔細檢查組件尺寸。
十八、元件間距不足
在元件放置過程中，間距不足會導致零件重疊、形成焊橋等。在零件之間提供足夠的間隙也有利于手動焊接和返工。特別注意 QFP/QFN、POP 或 BGA 等敏感元件的間距。
有時，元素會緊密放置以實現(xiàn)更小的外形尺寸。最好遵循間距指南，以確保零件間距零誤差。
下圖顯示了 PCB 上的首選組件布局。
PCB 上的首選組件布局
十九、組件到邊緣的間距不足
完成組裝過程后，面板將經(jīng)過分板過程。在此過程中，電路板末端的部件將不得不承受可能損壞它們的高應力。因此，在組件和邊緣之間提供足夠的間距。此外，間距選項因不同的裝配工藝而異。
與自動組裝相比，在手動組裝中，你可以將單元放置得更靠近邊緣。
標準組件到邊緣間距
二十、焊盤尺寸和間距不正確
選擇較小的焊盤尺寸會在 SMT 元件中產(chǎn)生較差的焊點，甚至在應用于通孔部件時可能會斷裂。
使焊盤尺寸盡可能大可能不是解決方案。較大寬度的焊盤會占用更多空間，并且會使 SMT 元件在焊接時從其位置移動。
與焊盤尺寸類似，焊盤間距不能太近或太遠，因為它們在放置元件時會造成問題。
二十一、絲印錯誤
絲印層包含許多重要信息。一些示例是元件方向標記、引腳 1 標記、極性標記、陰極標記等。
如果這些細節(jié)缺失或不清楚，那么裝配廠將浪費時間來確認正確的數(shù)據(jù)。
在最壞的情況下，如果絲網(wǎng)印錯了極化等數(shù)據(jù)，組裝人員相應地安裝了元件，那么電路板可能會出現(xiàn)故障。你需要在組裝開始前確保絲印的可讀性良好。
PCB絲印規(guī)范
二十二、高溫誤差
制造商在焊接過程中需要適當小心，因為它會產(chǎn)生過多的熱量，從而損壞電路板。控制此過程中產(chǎn)生的熱量至關重要。提供足夠的導熱墊以有效散熱。
DFM和DFA 指南可以幫你規(guī)避掉一些PCB設計問題，可以將設計錯誤的影響降至最低。
目前市面上還是有一些DFM設計工具的，我自己也有試用到一些還不錯的工具。大家可以自己去選擇。